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近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點實驗室李傳鋒研究組與中科院半導(dǎo)體研究所及瑞典科學(xué)家合作，實驗實現(xiàn)了量子態(tài)可恢復(fù)的新型量子測量，并驗證了量子測量過程中信息提取與量子態(tài)恢復(fù)之間的轉(zhuǎn)化等式關(guān)系，從信息提取的角度推進(jìn)了對海森堡不確定關(guān)系的理解。相關(guān)成果6月5日在線發(fā)表在PhysicalReviewX上。 量子測量是量子力學(xué)的核心問題之一，根據(jù)馮·諾依曼假定，量子測量在提取信息的同時會導(dǎo)致量子態(tài)的坍縮。近年來隨著量子信息科學(xué)的發(fā)展，人們對量子測量有了更深入的理解，測量過程中探針與系統(tǒng)的耦合強(qiáng)度是量子測量的重要參數(shù)，耦合最強(qiáng)時即是量子力學(xué)書上通常所說的馮·諾依曼正交投影測量。進(jìn)一步的研究表明，量子測量可以被概率性地消除，即測量完成后存在相應(yīng)的操作能以一定的幾率使得系統(tǒng)恢復(fù)到被測量前的狀態(tài)。研究組的實驗證實對于量子信息中廣泛使用的比特系統(tǒng)，量子測量提取的信息和量子態(tài)恢復(fù)幾率之間存在一個等式關(guān)系，提取的信息越多，相應(yīng)量子態(tài)恢復(fù)幾率越小。馮·諾依曼測量能提取最多的信息，但是會徹底破壞系統(tǒng)的狀態(tài)，使得量子態(tài)恢復(fù)幾率為零。 研究組利用單光子的偏振作為待測的比特系統(tǒng)，搭建了兩個高性能的量子干涉儀分別實現(xiàn)量子態(tài)的測量和恢復(fù)過程。這樣的實驗裝置不僅可以實現(xiàn)不同強(qiáng)度的量子測量，而且對于任意量子測量可以進(jìn)行最優(yōu)恢復(fù)操作。實驗結(jié)果完美地驗證了量子測量中信息提取與量子態(tài)恢復(fù)之間的轉(zhuǎn)化等式關(guān)系。它完全不同于不確定關(guān)系和互補(bǔ)原理等的不等式關(guān)系，豐富了人們對量子測量這一基本問題的理解，對量子測量的表征及量子信息安全具有重要意義。該成果同時從量子信息提取的角度推進(jìn)了海森堡不確定關(guān)系的深入研究。 上述研究得到了國家基金委、科技部和中國科學(xué)院支持。 |